本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于鋼水精煉過程對鋼水鈦合金化的方法。

　　背景技術(shù)：

　　鈦是鋼水重要的金屬添加劑之一，對改善鋼材性能有重要的作用，概括起來，主要有如下四個方面：一是使鋼的晶粒細化；二是提高鋼材強度；三是改善鋼材韌性的各向異性；四是提高鋼材耐腐蝕性。鑒于鈦在改善鋼材性能方面的種種作用，許多鋼種都必須加入含量不等的鈦。

　　向鋼水中加入鈦的過程稱為鋼水的鈦合金化，目前鈦合金化主要有如下兩個途徑：其一是在鋼水精煉末期，向鋼水中加入適量的鈦鐵。根據(jù)鈦鐵中鈦含量，鈦鐵分為30鈦鐵(feti30)、40鈦鐵(feti40)、70鈦鐵(feti70)和低氮70鈦鐵(feti70l)。通過該途徑進行鋼水鈦合金化的特點是簡單快速、實施方便，但由于加入的鈦鐵雜質(zhì)元素(n、o、c)含量比較高，造成鋼水增氮、增氧、增碳，難以滿足高端鋼種(例如超深沖汽車用鋼、超純鐵素體不銹鋼等)鈦合金化的要求，各種鈦鐵的n、o、c含量典型值如下表所示。從表1中可以看到，即使使用低氮70鈦鐵feti70l，也會造成鋼水明顯增氮、增氧、增碳。

　　表1：

　　*指ti含量折算到98mass％時對應(yīng)的數(shù)值

　　鋼水鈦合金化的第二個途徑是在鋼水精煉末期，用喂絲機向鋼包喂入含鈦的包芯線，如鈦鐵包芯線、鈦鎂復(fù)合包芯線。使用鈦包芯線對鋼水鈦合金化的好處是可以減少鈦的氧化，鈦的收得率較高。但是由于制備鈦包芯線成本高致使鈦合金化成本高；喂絲時間長，延長了鋼水精煉時間；喂絲過程易出現(xiàn)卡線、打滑，導(dǎo)致鈦合金化無法順利進行。此外，包芯線中的鈦鐵粉是由鈦鐵破碎而成，n、o、c含量高的缺陷同樣存在。

　　申請?zhí)枮?01611031839.7、發(fā)明名稱為“海綿鈦對鋼水鈦合金化的方法”的中國專利文獻記載了一種在lf爐加入鈦鐵使鋼水中ti含量為0.01-0.03％、然后在rh真空處理時加入海綿鈦進一步鈦合金化的方法，但該方法操作復(fù)雜；前期使用鈦鐵增鈦，未能消除鈦鐵中n、o、c含量高的不足，且后期使用的海綿鈦價格昂貴，鋼水鈦合金化成本很高。

　　技術(shù)實現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：提供一種具有較低生產(chǎn)成本、對過程中鋼水n、o、c含量控制較好、鈦收得率高、操作簡便、節(jié)能環(huán)保的鋼水的鈦合金化方法。

　　其所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實施。

　　一種鋼水的鈦合金化方法，包括如下步驟：

　　a、原料制備

　　取含鈦的長條形薄片料壓制為塊狀料備用；

　　其中，單片所述長條形薄片的厚度≤2mm，長度≤50mm，寬度≤10mm；

　　b、在鋼水精煉末期，向鋼水中加入步驟a制備的塊狀料。在lf爐工位鈦合金化時，在鋼包底吹氬條件下，將所述塊狀料直接加入鋼包內(nèi)的鋼水中；在rh工位鈦合金化時，將所述塊狀料通過rh的合金加料室加入鋼水中；在vod工位鈦合金化時，在底吹氬條件下，將所述塊狀料通過vod的合金加料室加入鋼水中；

　　c、塊狀料加完后，鋼水成分均化、鈦含量達到鋼種的要求，鋼水的鈦合金化完成。在lf爐工位鈦合金化時，保持鋼包底吹氬(鋼水不裸露)以促進鋼水成分均化；在rh工位鈦合金化時，保持鋼水大的環(huán)流量以促進鋼水成分均化；在vod工位鈦合金化時，保持底吹氬以促進鋼水成分均化。

　　作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一，步驟a中所述長條形薄片由鈦屑或鈦合金屑粉碎/切割而成。

　　作為本技術(shù)方案的進一步改進，按質(zhì)量百分比，所述塊狀料的ti≥98.5、n≤0.05、o≤0.25、c≤0.05、fe≤0.30、si≤0.05。

　　也作為本技術(shù)方案的進一步改進，按質(zhì)量百分比，所述塊狀料的ti85-98.5、n≤0.05、o≤0.25、c≤0.05、fe≤0.30、s≤0.05，余量是鈦合金中含有的鋁、釩等對鋼材性能有益、無害的金屬元素。

　　也作為本技術(shù)方案的進一步改進，壓制的塊狀料的密度≥3.5g/cm3。

　　還作為本技術(shù)方案的進一步改進，壓制的塊狀料的強度以單塊料從2米高度自然墜落到鋼板上，碎落的塊狀物中小于等于10mm的塊狀物質(zhì)量占比不超過10％為限。

　　又作為本技術(shù)方案的進一步改進，步驟b中，鋼水中塊狀料的加入量為0.4-4.0kg/噸鋼。

　　也作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一，在lf爐工位鈦合金化時，所述塊狀料直接加入鋼包內(nèi)的鋼水中。

　　也作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一，在rh/vod工位鈦合金化時，所述塊狀料通過rh/vod的合金加料室加入鋼水中。

　　進一步，所述塊狀料的粒徑≤70mm。

　　同樣作為本技術(shù)方案的進一步改進，步驟a中包括清洗長條形薄片表面污染物和去除水分的步驟，以及采用磁選機清除長條形薄片原料中可能混雜的鐵屑和/或鋼屑的步驟。

　　同樣的，步驟a中進行塊狀料壓制時，還包括在長條形薄片料中混入海綿鈦粉和/或塊的步驟。

　　本發(fā)明的有益效果為：利用價廉且雜質(zhì)(n、o、c)含量低的鈦屑壓制成塊，在鋼水精煉末期，直接向鋼包加入鈦屑壓塊或通過rh/vod的合金加料室加入鈦屑壓塊，實現(xiàn)對鋼水的鈦合金化。鈦塊用于鋼水合金化時鈦的收得率達到80％以上，高于現(xiàn)有鈦合金化方法的鈦收得率；實現(xiàn)對廉價鈦屑資源的高效利用，鈦合金化成本低；操作簡單，既節(jié)能又環(huán)保；同時減少了鈦合金化過程的增c、增n、增o，鋼水的純凈度提高；具有很高的經(jīng)濟效益。

　　具體實施方式

　　本發(fā)明針對現(xiàn)有鈦合金化的方法生產(chǎn)成本高、鈦合金化過程鋼水中n、o、c含量增加的問題，提供一種將鈦屑壓塊進行鋼水鈦合金化的方法。

　　該方法包括以下步驟：

　　a、鈦屑壓塊：將(泥鰍形狀的)鈦屑或鈦合金屑用粉碎機粉碎得到長度≤50mm的薄片，然后用清洗液和清水消除鈦屑表面以油乳液殘渣為主的污染物，并去除鈦屑中的水分，接著用磁選機清除由于切割環(huán)境控制不佳可能混在鈦屑里的鐵屑、鋼屑，最后使用壓機將鈦屑或鈦屑與海綿鈦的混合物壓制成塊；

　　b、在鋼水精煉末期，向鋼包加入步驟a制得的鈦塊。在lf爐工位鈦合金化時，在鋼包底吹氬條件下，將所述塊狀料直接加入鋼包內(nèi)的鋼水中；在rh工位鈦合金化時，將所述塊狀料通過rh的合金加料室加入鋼水中；在vod工位鈦合金化時，在底吹氬條件下，將所述塊狀料通過vod的合金加料室加入鋼水中；

　　c、鈦塊加完后，鋼水成分均化、鈦含量達到鋼種的要求，鋼水的鈦合金化完成。在lf爐工位鈦合金化時，保持鋼包底吹氬(鋼水不裸露)以促進成分均化；在rh工位鈦合金化時，保持鋼水大的環(huán)流量以促進成分均化；在vod工位鈦合金化時，保持底吹氬以促進成分均化。

　　其中，上述方法中所述步驟a的制得的鈦塊的成分為(mass％)：ti85-99.5、n≤0.05、o≤0.25、c≤0.05。

　　其中，上述方法中所述步驟a的制得的鈦塊的形狀不限，但為了能夠通過合金料倉加料，同時為了控制熔化速度，鈦塊的最大尺寸(對角線尺寸)≤70mm(即粒徑的控制)。

　　其中，上述方法中所述步驟a的制得的鈦塊密度≥3.5g/cm3，鈦塊強度要求：從2米高空中自然墜落到地面鋼板上摔成小于10mm小塊的顆粒物占比(質(zhì)量)不超過10％。

　　以下的具體實施例用于闡述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于以下實施例。

　　實施例1：

　　鈦合金化處理ti含量(0.04-0.06)mass％的焊絲鋼，使用本發(fā)明方法進行鋼水的鈦合金化，具體如下：

　　a、將合金鈦屑用粉碎機粉碎至長度小于50mm，再用清洗液和清水消除屑表面以油乳液殘渣為主的污染物，并去除屑中的水分，然后用磁選機清除混在屑里的鐵屑、鋼屑，最后使用壓機將屑壓制成直徑45mm、高度40mm的圓柱形的料塊，料塊的化學(xué)成分為(mass％)：89.6ti、0.35fe、0.05si、0.04c、0.05n、0.25o、5.6al、3.8v；

　　b、在lf爐精煉末期，向鋼包內(nèi)鋼水加入上述料塊，加入量為0.75kg/噸鋼；

　　c、鋼包底吹氬氣4min，控制鋼液面不裸露，鋼水中的ti含量為0.053mass％，鈦合金化完成。

　　使用本方法對鋼水鈦合金化，鈦的收得率80.3％，鈦合金化成本25.5元/噸鋼，鈦合金化前后鋼水c、n、o含量無變化。

　　對比實施例1：使用傳統(tǒng)30鈦鐵feti30對鋼水進行鈦合金化。

　　30鈦鐵feti30成分為(mass％)30.47ti、7.39al、4.16si、0.15c、0.08n、3.25o，使用30鈦鐵feti30對鋼水進行鈦合金化，具體如下：

　　a、在lf爐精煉末期，向鋼包加入30鈦鐵feti30，加入量為2.4kg/噸鋼；

　　b、鋼包底吹氬氣4min，控制鋼液面不裸露，鋼水中的ti含量為0.052mass％，鈦合金化完成。

　　使用30鈦鐵對鋼水鈦合金化，鈦的收得率73.6％,鈦合金化成本30.7元/噸鋼，鈦合金化前后鋼水c增加4ppm、n增加2ppm、o含量增加3ppm。

　　使用實施例1的方法與使用對比實施例1的方法相比，鈦的收得率提高，鈦合金化成本降低20％，鋼水純凈度提高。

　　實施例2：

　　鈦合金化處理ti含量(0.04-0.06)mass％的超深沖汽車鋼，使用本發(fā)明方法進行鋼水的鈦合金化，具體如下：

　　a、將合金鈦屑用粉碎機粉碎至長度小于50mm，再用清洗液和清水消除屑表面以油乳液殘渣為主的污染物，并去除屑中的水分，然后用磁選機清除混在屑里的鐵屑、鋼屑，最后使用壓機將屑壓制成直徑45mm、高度40mm的圓柱形的料塊，料塊的化學(xué)成分為(mass％)：88.9ti、0.28fe、0.05si、0.04c、0.04n、0.22o、6.1al、4.1v；

　　b、在rh精煉末期，通過rh的合金加料室加入料塊，加入量為0.7kg/噸鋼；

　　c、保持鋼水循環(huán)處理4min，鋼水中的ti含量為0.053mass％，鈦合金化完成。

　　使用本方法對鋼水鈦合金化，鈦的收得率83.2％,鈦合金化成本23.8元/噸鋼，鈦合金化前后鋼水c、n、o含量無變化。

　　對比實施例2：使用傳統(tǒng)40鈦鐵+海綿鈦對鋼水進行鈦合金化。

　　40鈦鐵成分為(mass％)：39.42ti、9.21al、0.85si、0.10c、0.08n、2.42o，余量為鐵,海綿鈦成分為(mass％)：98.95ti、0.2fe、0.05si、0.05c、0.05n、0.25o。使用40鈦鐵+海綿鈦對鋼水進行鈦合金化，具體如下：

　　a、在lf爐精煉末期，向鋼包內(nèi)鋼水加入40鈦鐵，加入量為0.87kg/噸鋼，將鋼水中的ti含量控制在0.025mass％；

　　b、rh抽真空，對鋼水循環(huán)處理5min后，加入海綿鈦，加入量為0.34kg/噸鋼；

　　c、保持鋼水循環(huán)處理4min，，鋼水中的ti含量為0.052mass％，鈦合金化完成。

　　使用40鈦鐵+海綿鈦對鋼水鈦合金化，鈦的收得率81.6％，鈦合金化成本33.74元/噸鋼，鈦合金化前后鋼水c增加1ppm、n增加1ppm、o含量不變。

　　使用實施例2的方法與使用對比實施例2的方法相比，鈦的收得率提高，鈦合金化成本降低30％，鋼水純凈度提高。

　　實施例3：

　　鈦合金化處理ti含量(0.20-0.40)mass％的超純鐵素體不銹鋼，使用本發(fā)明方法進行鋼水的鈦合金化，具體如下：

　　a、將鈦屑用粉碎機粉碎至長度小于50mm，再用清洗液和清水消除鈦屑表面以油乳液殘渣為主的污染物，并去除鈦屑中的水分，然后用磁選機清除混在屑里的鐵屑、鋼屑，最后使用壓機將80％鈦屑、20％海綿鈦的混合料壓制成直徑45mm球形的料塊，料塊的化學(xué)成分為(mass％)：98.8ti、0.25fe、0.045si、0.04c、0.04n、0.25o；

　　b、在vod精煉末期，通過vod合金加料室向鋼水加入料塊，加入量為3.4kg/噸鋼；

　　c、底吹氬氣4min，鋼水中的ti含量為0.266mass％，鈦合金化完成。

　　使用本發(fā)明方法對鋼水鈦合金化，鈦的收得率81.2％，鈦合金化成本149元/噸鋼，鈦合金化后鋼水c含量增加1ppm、n含量增加1ppm、o含量無變化。

　　對比實施例3：使用傳統(tǒng)的低氮70鈦鐵feti70l包芯線對鋼水進行鈦合金化。

　　低氮70鈦鐵feti70l包芯線成分為(mass％)：70.6ti、0.53al、0.26si、0.08c、0.09n、0.74o，余量為fe。使用低氮70鈦鐵feti70l包芯線對鋼水進行鈦合金化，具體如下：

　　a、vod精煉結(jié)束后，破除真空，通過喂絲機向鋼包的鋼水中喂入鈦鐵包芯線，喂線長度12.5米/噸鋼，喂線速度250米/min。

　　b、喂線結(jié)束后，鋼包底吹氬氣4min，控制鋼液面不裸露，鋼水中的ti含量為0.263mass％，鈦合金化完成。

　　使用低氮70鈦鐵feti70l包芯線對鋼水鈦合金化，鈦的收得率79.3％,鈦合金化成本230元/噸鋼，鈦合金化后鋼水c增加4ppm、n增加5ppm、o含量增加1ppm。

　　使用實施例3的方法與使用對比實施例3的方法相比，鈦的收得率提高，鈦合金化成本降低35％，鋼水純凈度提高。

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明公開了一種鋼水的鈦合金化方法，包括如下步驟：a、原料制備：取含鈦的長條形薄片料壓制為塊狀料備用；其中，單片所述長條形薄片的厚度≤2mm，長度≤50mm，寬度≤10mm；b、在鋼水精煉末期，向鋼水中加入步驟a制備的塊狀料；c、塊狀料加完后，至鋼水成分均勻、達到鋼種鈦含量的要求，鋼水的鈦合金化完成(對應(yīng)不同精煉設(shè)備有不同的加料要求和成分均化方法)。

　　技術(shù)研發(fā)人員：凌天鷹;朱慧敏;凌云軒

　　受保護的技術(shù)使用者：江蘇裕虎新材料科技發(fā)展有限公司

　　技術(shù)研發(fā)日：2018.10.12

　　技術(shù)公布日：2019.02.22